буровой раствор на углеводородной основе

Формула изобретения

1. Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, отличающийся тем, что он содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Касторовое масло	50,0 - 83,0
Кальциевый резинат канифоли	4,0
Хлористый кальций	10,0
Неонол АФ-9/12	0 - 0,3
Органофильный бентонит	2,0 - 3,0
Вода	0 - 30,0

2. Буровой раствор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидрофобизатор пенозолин - 0 - 2,0 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и заканчиванию нефтяных и газовых скважин.

В мировой практике все более широкое распространение при бурении и особенно при заканчивании скважин находят растворы на углеводородной основе (РУО). Известны два класса РУО: безводные углеводородные растворы (известково-битумные растворы и загущенные нефти) и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с большим содержанием водной фазы (см. А.И.Булатов, А.Г.Аветисов. Справочник инженера по бурению в двух томах. М.: Недра, 1985 г., том 1, стр. 360; В.И.Токунов, И.Б.Хейфец. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М.: Недра, 1983 - аналоги).

Основной проблемой использования буровых растворов на углеводородной основе (РУО) является их потенциальное отрицательное влияние на окружающую среду, особенно в экологически чувствительных зонах (морские акватории, поймы рек). Особую остроту этой проблеме придает тенденция к ужесточению требований к охране окружающей среды во всем мире.

Проблема снижения токсичности РУО была поставлена за рубежом в конце 70-х годов XX века и ее решение связано с использованием углеводородных жидкостей под объединенным общим названием «минеральные масла». Однако использование минеральных масел не решало до конца проблемы экологической безопасности РУО. Биологическая разлагаемость растворов на их основе не превышала 5 %, что не позволило снять ограничения на их сброс в море.

В связи с этим была выдвинута проблема создания биологически разлагаемых буровых растворов на синтетической неводной основе, являющихся альтернативой РУО и обладающих всеми их достоинствами.

Известен эмульсионный буровой раствор, содержащий касторовое масло, не загрязняющий окружающую среду, который представляет собой прямую эмульсионную систему, основой этого бурового раствора является сложный гель, биоразлагаемый в аэробных и анаэробных условиях, содержащий неполярную дисперсионную среду, жидкое полимерное поверхностно-активное вещество ПАВ, в кислой форме, растворенное или диспергированное в указанной неполярной среде, агент для нейтрализации полимерного ПАВ, содержащий от 0,2 до 5 молекул воды на молекулу ПАВ, эмульгатор и/или твердый наполнитель, растворимый или нерастворимый в неполярной среде.

Гель используется для приготовления бурового раствора на водной основе (см. пат. США № 5858928 А, С 09 К 7/02, 112.01.1999 г. - ПРОТОТИП).

Недостатком этого технического решения является то, что сам гидрофобный (неполярный) гель в качестве промывочной жидкости (согласно патенту US 5858928 А, С 09 К 7/02) не используется, а приготовленный из него буровой раствор является водным, т. е. в основе своей он содержит от 97 до 99,09% воды. Следовательно, несмотря на его высокую водоудерживающую способность Ф=18-20 см³/30 мин по API, выделившаяся влага может гидратировать и разупрочнять водочувствительные горные породы, слагающие стенки скважин, а также вызывать процесс набухания глинистой части скелета, нефтеносного пласта, что ведет к снижению его продуктивности или полной закупорке.

Техническим результатом изобретения является создание экологически безопасного бурового раствора на углеводородной основе (РУО) с требуемыми вязкостными и структурными показателями в широком диапазоне водосодержания путем применения новой широко доступной углеводородной основы.

Буровой раствор, содержащий касторовое масло, эмульгатор, хлористый кальций, бентонит и воду, содержит органофильный бентонит, в качестве эмульгатора - неонол АФ-9/12 и дополнительно - загуститель - кальциевый резинат канифоли при следующем соотношении компонентов, мас.%:

касторовое масло	50,0 - 83,0
кальциевый резинат канифоли	4,0
хлористый кальций	10,0
неонол АФ-9/12	0 - 0,3
органофильный бентонит	2,0 - 3,0
вода	0 - 30,0

Буровой раствор дополнительно может содержать гидрофобизатор - пенозолин 0 - 2,0 мас.%.

Совокупность заявленных компонентов в заявляемых соотношениях обеспечивает получение такой обратной эмульсии, которая при бурении, фильтруясь в горные породы, не вызывает их набухания и, как следствие, их разупрочнения. А при вскрытии нефтегазоносного пласта заявляемый буровой раствор не вызывает набухания глинистой части его скелета, что обеспечивает полное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта.

В ходе лабораторных исследований были приготовлены образцы РУО обоих классов - раствор, не содержащий водной фазы и гидрофобно-эмульсионные буровые растворы (ГЭР) с минимальным (10%) и 30%-ным содержанием водной фазы.

Образцы РУО готовили согласно способам и методикам, приведенным в работах «Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы», В.И.Токунов, И.Б.Хейфиц. - М.: Недра, 1983 г. «Применение обратных эмульсий в нефтедобыче», Г.А.Орлов, М.Ш.Кендис, В.М.Глущенко. - М.: Недра, 1991 г.

При исследованиях использовались методики и аппараты согласно РД 39-2-645-81 «Методика контроля параметров буровых растворов», Краснодар: ВНИИКРнефть, 1981 г.

Результаты исследований растворов на углеводородной основе (РУО) по предлагаемому техническому решению представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Составы РУО на основе касторового масла
Наименование компонентов	Марка, сорт, ТУ, ГОСТ	Содержание компонентов, мас.%
		Загущенное касторовое масло	ГЭР-1	ГЭР-2
Касторовое масло	Коммерческое	83,0	73,7	50,0
Загуститель. Кальциевый резинат канифоли	Экологически безопасен	4,0	4,0	4,0
Хлористый кальций	ГОСТ 540-77	10,0	10,0	10,0
Неонол АФ-9/12 (эмульгатор)	ТУ 38.507-635-171-91	-	0,3	0,2
Пенозолин (гидрофобизатор)	ОП	-	-	2,0
Вода	техническая	-	10	30,0
Органофильный бентонит	ТУ 95-27-52-2000	3,0	3,0	2,0

Указанный технический результат достигается при любых значениях из указанного интервала, например, буровой раствор содержит в мас.%: касторовое масло 80, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,1, органофильный бентонит 2,5, воду 3,3, пенозолин 0,1 или касторовое масло 60, кальциевый резинат канифоли 4,0, хлористый кальций 10,0, неонол АФ-9/12 0,25, органофильный бентонит 2, воду 23,6, пенозолин 0,15.

Таблица 2
Параметры буровых растворов (РУО) на основе касторового масла
Показатели свойств	Единица измерения	Классы РУО
		Загущенное касторовое масло	ГЭР-1	ГЭР-2
Плотность()	г/см3	0,997	0,886	1,04
Вязкость эффективная ( эф.)	мПа·с	70	64	101
Вязкость пластическая ( пл.)	мПа·с	68	55	81
Динамическое напряжение сдвига ( 0)	дПа	19,2	57,6	196
Статическое напряжение сдвига (СНС) через 1 мин покоя через 10 мин покоя	дПа	1	1	3
	дПа	2	1	6
Показатель фильтрации (Ф20)	см3/30 мин	5,4	1,1	0
Глиноемкость	%	22,5	22,5	22,5
Устойчивость	часов	не ограничено	не ограничено	>340
Электростабильность (Э)	В (вольт)	951	375	211
Показатель фильтрации (Ф90)	см3/30 мин	15,97	19,17	1,27
Ингибирующая способность (П0 )	см/час	0,187	0,187	0,187
Поверхностное натяжение () фильтрата	Н/м	7,80	7,82	6,52
Термостабильность	°С	>120	120	120

Согласно экспериментальным данным, приведенным в таблицах 1 и 2, растворы (РУО) на основе касторового масла имеют технологические параметры отвечающие всем требованиям ведения буровых работ. Их реологические характеристики имеют достаточно низкие значения. Так эффективная вязкость (см. табл.2) у всех трех типов растворов находится в пределах 60-70 мПа·с, что соответствует величинам вязкости практически используемых растворов на нефтяной основе. Значения величин пластической вязкости в интервале 68-50 мПас, у растворов на основе касторового масла, практически идентичны величинам растворов на нефтяной основе. Динамическое напряжение сдвига в диапазоне 19-20 дПа у предлагаемых растворов согласуется с величинами классических РУО на нефтяной основе и обеспечивает им надежную выносящую способность. Показатель горячей фильтрации (Ф₉₀) в пределах 1,27-19,17 см³ за 30 минут позволяет растворам на касторовом масле иметь низкие потери раствора в процессе циркуляции в забойных условиях и по величине соответствует показателям классических РУО. Что касается таких показателей (у предлагаемых растворов), как глиноемкость, устойчивость, электростабильность, то их величины характеризуют предлагаемые жидкости как чрезвычайно устойчивые (см. табл.2). Термическая стабильность у предлагаемых систем соответствует 120°С.

Надо еще отметить как положительные качества их высокую ингибирующую способность (П ₀=0,187 см/час) и низкое поверхностное натяжение их фильтратов (=6,52-7,82 Н/м), что предопределяет качественное вскрытие продуктивных пластов и высокие дебиты извлекаемого сырья.

Кроме того, предлагаемые буровые растворы на основе касторового масла являются экологически абсолютно безопасными и могут быть использованы при разбуривании шельфовых месторождений нефти и газа, так как допускают сброс отработанных буровых растворов непосредственно в акваторию без ущерба для природы. Ведь основа (касторовое масло) и загуститель являются биоразлагаемыми и полностью утилизируются микроорганизмами из окружающей среды.

Таким образом, поставленная задача данного изобретения решена путем загущения касторового масла кальциевым резинатом канифоли и созданием инвертных (обратных) эмульсий на его основе.